Часть IX

9.1 Способы обмена данными, типы и назначение блоков данных

9.1.1. Способы обмена данными

Архитектура эталонной модели OSI RM предусматривает два взаимодополняющих друг друга способа или режима передачи данных между (N+1)-сущностями, реализуемых поставщиком (N)-сервиса посредством соответствующих услуг:

с соединением (connection-mode-transmission - CNMT) и
без соединения (connectionless-mode-transmission - CLMT).

Наличие в модели OSI RM обоих режимов передачи данных обеспечивает данной модели свойство универсальности.

Режим передачи данных с соединением (CNMT) предполагает динамическое установление ассоциации, обеспечивающей передачу данных между сущностями, а также согласование условий и характеристик взаимосвязи и сервиса. Этот режим передачи данных характеризуется следующим:

1) Строго определенным жизненным циклом процесса взаимодействия, включающим фазы:

установления соединения
передачи данных
разъединения соединения.

2) Трехсторонней договоренностью, а именно, согласованием условий и параметров взаимосвязи между взаимодействующими (N+1)-сущностями и поставщиком (N)-сервиса. При этом успешное установление соединения возможно лишь в случае готовности каждой из трех сторон осуществлять взаимосвязь с заданными значениями параметров передачи данных. При отклонении запроса на установление соединения сущностью-получателем она может предложить альтернативные протоколы и значения параметров передачи. В случае принятия договоренности участники взаимодействия должны распределить и зарезервировать необходимые для передачи данных ресурсы.

3) Возможностью динамического пересмотра условий договоренности (параметров и опций передачи).

4) Обеспечением идентификации соединений, позволяющей уменьшить накладные расходы на передачу адресной информации.

5) Поддержанием контекста, с помощью которого сохраняется отношение следования (последовательности) для успешно переданных через соединение блоков данных.

Указанные выше свойства передачи данных в режиме с соединением хорошо соответствуют требованиям приложений с длительным временем взаимосвязи, ориентированных на передачу потоков данных при стабильной конфигурации ресурсов. Примерами таких приложений являются сервисы удаленного виртуального терминала, передачи файлов, удаленного ввода заданий и т.п.

Наиболее естественная семантическая модель процесса передачи данных в режиме с соединением может быть построена на основе понятия очереди (queue). В данной модели результатом успешного установления соединения по запросу (N+1)-сущности будет создание поставщиком (N)-сервиса двух изначально пустых очередей, каждая из которых соответствует передаче данных в одном из направлений. Тогда любое взаимодействие между (N+1)-сущностью и (N)-сервисом в некоторой (N)-SAP заключается в помещении соответствующего блока данных ((N)-сервисного блока данных) в одну из очередей соединения или в удалении такого блока данных из очереди. На основе данной модели можно достаточно адекватно моделировать основные свойства режима с соединением такие, как, например, трехфазность жизненного цикла, логическую связь передаваемых блоков данных, установление трехсторонней договоренности о контексте взаимосвязи (в частности, параметров очередей), возможность регулирования перегрузок информационного обмена.

Предложенная выше семантическая модель процесса передачи данных в режиме с соединением иллюстрируется на рис. 9.1.

Рис.9.1. Семантическая модель передачи данных в режиме с соединением

Рассмотрим еще некоторые свойства соединений. В частности, отметим, что в пределах (N)-уровня между двумя (N)-SAP, расположенными в разных (N)-подсистемах, может быть установлено более одного (N)-соединения. Для того, чтобы (N+1)-сущность, использующая эти соединения, могла их различать, вводятся понятия (N)- оконечной точкой соединения ((N)-connection-endpoint) и идентификатора такой точки. Каждая оконечная точка (N)-соединения входит в некоторую точку (N)-SAP. Таким образом, в (N)-SAP может входить несколько (N)-соединений одновременно.

Также (N)-соединение, предоставляемое (N)-уровнем (N+1)-сущности, может соединять более двух (N)-SAP. В этом случае с помощью такого соединения может поддерживаться широковещательный или мультивещательный вид передачи данных. (N)-соединение с более чем двумя оконечными точками называется многоточечным (централизованным или децентрализованным).

Режим передачи данных без соединения (CLMT) ориентирован на взаимосвязь между двумя или несколькими (N+1)-сущностямими посредством передачи через (N)-точку доступа (N)- поставщику сервиса независимых блоков данных, называемых датаграммами (datagrams). Выполнение (N+1)-сущностью функции передачи одной датаграммы осуществляется с помощью однократного доступа к (N)-поставщику сервиса через (N)-SAP. Рассматриваемый режим передачи данных характеризуется следующим:

1) Предварительной, не изменяемой динамически, двусторонней договоренностью между взаимодействующими (N+1)-сущностями об условиях и параметрах взаимосвязи (например, о местоположении сущностей, скорости передачи, скорости ответа, протоколе и пр.), не известной (N)-поставщику сервиса, а также индивидуальными соглашениями между (N+1)-сущностями и поставщиком нижележащего сервиса, которые, вообще говоря, могут динамически переопределяться.

2) Однократностью обращения к (N)-сервису. При этом предполагается, что необходимые для доставки блока данных сведения, включая: адрес сущности-получателя, уровень качества обслуживания, опции и дополнительные параметры передаются средствам (N)-сервиса вместе с передаваемыми данными, т.е. в составе датаграмм.

3) Замкнутостью и независимостью передаваемых блоков данных. В частности, каждый блок данных несет в своем составе всю управляющую информацию, которая требуется для его доставки по месту назначения с заданным качеством.

Так как каждая датаграмма рассматривается как независимый блок данных, рассматриваемый режим передачи не гарантирует сохранения последовательности передаваемых датаграмм. Если в режиме без соединения требуется сохранение порядка передаваемых датаграмм, то это может быть достигнуто применением поставщиком сервиса передачи данных специального дополнительного механизма, называемого управлением последовательностью.

Режим передачи без соединения не гарантирует доставку передаваемого блока данных. Для обеспечения надежной передачи данных в данном режиме может использоваться функция подтверждения доставки (acknowledgment function).

Семантическая модель процесса передачи данных в режиме без соединения также может быть построена на основе механизма очередей. Для построения данной модели достаточно использование одной очереди, которая создается и поддерживается поставщиком (N)-сервиса независимо от поведения обслуживаемых (N+1)-сущностей. Основным свойством этой очереди является тот факт, что к ней неявным образом подключены все (N)-SAP, т.е. очередь является равнодоступной для всех (N+1)-сущностей. Таким образом, выполнение (N)-сервиса для рассматриваемого режима сводится к следующим основным действиям:

помещению датаграммы в очередь (N+1)-сущностью-отправителем в момент передачи датаграммы (N)-сервису;
изъятию датаграммы из этой очереди при доставке ее (N+1)-сущности-получателю (или нескольким сущностям, в случае широковещательной или мультивещательной передачи).

C помощью рассмотренной выше модели можно достаточно адекватно моделировать большую часть основных свойств процесса передачи данных в режиме без соединения таких, как, например, одноразовость актов взаимосвязи, возможность широковещательной передачи, логическая независимость передаваемых блоков данных, возможность управления перегрузками при передаче.

(N)-уровень может предоставлять (N+1)-сущностям сервис режима с соединением, без соединения или оба сервиса одновременно, используя необходимый сервис (N-1)-уровня. Аналогично, (N)-SAP может поддерживать сервис режима с соединением, без соединения или оба сервиса одновременно.

В модели OSI RM учитывается возможность комбинированного использования указанных выше режимов передачи данных в одной (N)-подсистеме. Теоретически возможны все комбинации сервисов передачи данных на верхней и нижней границе (N)-подсистем, а именно:

a) (N)-сервис с соединением/(N-1)-сервис с соединением или (N)-CNMT/(N-1)-CNMT;

b) (N)-сервис без соединения/(N-1)-сервис без соединения или (N)-CLMT/(N-1)-CLMT;

c) (N)-сервис с соединением/(N-1)-сервис без соединения или (N)-CNMT/(N-1)-CLMT;

d) (N)-сервис без соединения/(N-1)-сервис с соединением или (N)-CLMT/(N-1)-CNMT.

Таким образом, в модели OSI RM учитывается возможность моделирования одного режима передачи данных с помощью другого. Однако для реализации случаев c) и d) требуются дополнительные (N)-функции, которые называются функциями преобразования режимов передачи данных.

Еще один вид функций преобразования режимов передачи применяется в системах-ретрансляторах. Они позволяют соединять в тандем (комплексировать) две (N)-подсистемы, которые предоставляют сервис с одинаковым режимом передачи данных (т.е. обе с соединением или обе без соединения) и в которых предоставляемый ими сервис реализуется посредством нижележащих (N-1)-систем, работающих в различных режимах передачи данных. Таким образом, переходы от одного режима передачи данных к другому на одном (N)-уровне принципиально реализуемы, хотя могут оказаться весьма ресурсоемкими.

Считается, что применение функций преобразования режимов передачи данных на транспортном, сетевом и канальных уровнях может быть вполне обоснованным при создании транспортных систем на базе разнородных сетевых технологий.

Применение функций преобразования на сеансовом и представительном уровнях в модели OSI RM не допускается. На прикладной уровень в плане возможности трансформации режимов передачи данных в модели OSI RM никаких ограничений не накладывается, оставляя свободу для творчества разработчикам сетевых приложений. Однако серьезная потребность в использовании преобразований режимов передачи на прикладном уровне пока не получила практического подтверждения.

На физическом уровне оба режима передачи данных не различаются, так как различие здесь сводится по существу только к отсутствию или, наоборот, к наличию механизмов активации и деактивации физических соединений. Как показали исследования, абстрагирование от этих деталей не оказывает влияния на саму модель OSI RM и на разработку стандартов сетевых протоколов.

На рис. 9.2 приведена итоговая диаграмма, иллюстрирующая возможность применения функций преобразования режимов передачи данных с учетом теории и сложившейся практики. Возможности применения функций преобразования режимов передачи данных в рамках одной (N)-подсистемы обозначается ни рисунке сплошными стрелками.

Рис.9.2. Возможные применения функций преобразования режимов передачи данных

Завершая рассмотрение способов обмена данными, введем наиболее важные определения, связанные с этой темой:

(N)-передача в режиме с соединением ((N)-connection-mode transmission): (N)-передача данных в контексте (N)-соединения.

(N)-передача в режиме без соединения ((N)-connectionless-mode transmission): передача данных вне контекста (N)-соединения и без поддержки какой-либо логической связи между передаваемыми блоками данных.

(N)-оконечная точка соединения или (N)-CEP ((N)-connection-endpoint): одно из окончаний (N)-соединения внутри (N)-SAP.

Многоточечное соединение (multi-endpoint-connection): соединение с более чем двумя оконечными точками соединения.

(N)-сущности-корреспонденты (correspondent (N)-entities): (N)-сущности, имеющие (N-1)-соединение между ними.

(N)-источник данных ((N)-data-source): (N)-сущность, которая посылает (N-1)- сервисные блоки данных по (N-1)-соединению.

(N)-получатель данных ((N)-data-sink): (N)-сущность, которая получает (N-1)- сервисные блоки данных по (N-1)-соединению.

(N)-ретранслятор ((N)-relay): (N)-функция, посредством которой (N)-сущность передает данные, полученные от (N)-сущности-источника, к (N)-сущности-получателю, в случае отсутствия непосредственной взаимосвязи между взаимодействующими сущностями.

9.1.2. Типы и назначение блоков данных

Взаимодействие (N)-сущностей осуществляется посредством обмена (N)-протокольными блоками данных, которые содержат, во-первых, управляющую информацию (N)-протокола и, во-вторых, возможно, данные пользователя (сущности (N+1)-уровня). Для описания информационных обменов, осуществляемых в рамках протокольной иерархии, вводятся следующие определения.

(N)-протокольная управляющая информация ((N)-protocol-control-information или (N)-PCI): протокольная информация, которой обмениваются (N)-сущности для координации их совместной работы.

(N)-данные пользователя ((N)-user-data или (N)-UD): данные, передаваемые между (N)-сущностей в интересах (N+1)-сущностей.

(N)-протокольный блок данных ((N)-protocol-data-unit или (N)-PDU): блок данных, специфицированный в (N)-протоколе и состоящий из (N)-протокольной управляющей информации и, возможно, (N)-данных пользователя.

(N)-сервисный блок данных ((N)-service-data-unit или (N)-SDU): данные, которые не изменяются при передаче между (N+1)-сущностями и которые не интерпретируются (N)-сущностями, реализующими сервис передачи данных.

Срочный (N)-сервисный блок данных (expedited (N)-service-data-unit): (N)-сервисный блок данных малого размера, подлежащий срочной пересылке. (N)-уровень обеспечивает доставку срочного блока данных не позднее любого последующего (N)-SDU, передаваемого по данному соединению.

На рис.9.3 иллюстрируется взаимосвязь протокольных и сервисных блоков данных. Эта взаимосвязь по существу и определяет механизм вертикального взаимодействия сущностей открытой системы, расположенных в смежных уровнях. Как видно из рисунка, в основе этого взаимодействия лежит отображение (N+1)-протокольных блоков данных в (N)-сервисные блоки данных. Для реализации данного отображения может потребоваться дополнительный интерфейсный механизм, реализующий взаимодействие двух смежных уровней модели OSI RM на разделяющей их границе.

Рис.9.3. Взаимосвязь протокольных и сервисных блоков данных

При отображении одних блоков данных в другие могут использоваться функции преобразования данных такие, как, например, сегментирование/сборка (segmenting/reassembling), блокирование/деблокирование (blocking/deblocking), сцепление/разделение (concatenation/separation). Семантика этих функций рассматривается ниже.

Выше мы рассмотрели механизм отображения (N+1)-протокольных блоков данных через (N)-сервисные блоки данных в (N)-протокольные блоки данных для передачи информации средствами (N)-сервиса. Также мы рассмотрели (рис.8.5) семиуровневую архитектуру взаимосвязи открытых систем OSI RM. Используя этот задел, построим полную модель прохождения протокольных блоков данных в семиуровневой архитектуре OSI RM. Эта модель иллюстрируется на рис. 9.4, при этом на рисунке используются следующие обозначения:

PH (Presentation Header) для (P)-протокольной управляющей информации
SH (Session Header) для (S)-протокольной управляющей информации
TH (Transport Header) для (T)-протокольной управляющей информации
NH (Network Header) для (N)-протокольной управляющей информации
DH (Data link Header) для (D)-протокольной управляющей информации
AE для (A)-entity (сущности прикладного уровня)
PE для (P)-entity (сущности представительного уровня)
SE для (S)-entity (сущности сеансового уровня)
TE для (T)-entity (сущности транспортного уровня)
TE для (N)-entity (сущности сетевого уровня)
DE для (D)-entity (сущности канального или звеньевого уровня)
PhE для (Ph)-entity (сущности физического уровня)
DT (Data link Tailor) - специальный хвостовик, который добавляется к (D)-протокольному блоку данных и используется для управления физической передачей данных.

Рис.9.4. Модель прохождения протокольных блоков данных в семиуровневой архитектуре OSI RM

На основе определенных выше понятий введем еще ряд важных определений.

(N)-передача данных ((N)-data-transmission): (N)-средство, которое обеспечивает передачу (N)- сервисных блоков данных от одной (N+1)-сущности другой (N+1)-сущности или нескольким (N+1)-сущностям.

(N)-обмен данными ((N)-data-communication): (N)-функция, которая обеспечивает обмен (N)- протокольными блоками данных в соответствии с (N)-протоколом, через одно или большее число (N-1)-соединений.

(N)- дуплексная передача ((N)-duplex-transmission) - (N)-передача данных одновременно в обоих направлениях.

(N)- полудуплексная передача ((N)-half-duplex-transmission) - (N)-передача данных в каждый момент времени только в одном из двух направлений, при этом выбор направления передачи осуществляется (N+1)-сущностью.

(N)- симплексная передача ((N)-simplex-transmission) - (N)-передача данных в одном предварительно определенном направлении.

(N)- двусторонний одновременный обмен ((N)-two-way-simultaneous-communication): (N)-обмен данными одновременно в обоих направлениях.

(N)- двусторонний поочередный обмен ((N)-two-way-alternate-communication): (N)-обмен данными в каждый момент времени только в одном из двух направлений.

(N)- односторонний обмен ((N)-one-way-communication) - (N)-обмен данными в одном предварительно определенном направлении.